双铣头数控螺杆铣床螺旋面加工及刀具定位精度的研究

论文摘要

双铣头高效数控螺杆铣床是一种新开发的螺杆加工设备,打破了传统螺杆加工设备加工效率低,加工过程繁琐的现状,采用双铣头同时加工,缩短生产周期,降低生产成本,提高生产效率,增强企业的竞争力。本文通过对螺杆几何特征及其各功能之间关系的分析,结合螺杆加工的依据,研究螺杆螺旋面的形成,并使用反向间隙补偿的方法确保刀具的重新定位精度。首先,收集资料,通过分析国内外数控铣床的发展状态,针对现有研究的不足,研究双铣头数控螺杆铣床的整体设计方案和硬件选型,主要分析运动控制系统和数控伺服系统。其次,对双铣头高效数控螺杆铣床的硬件部分、螺杆的设计和技术参数,刀具的铣削参数和几何要素进行分析。第三,双铣头高效螺杆铣床加工螺杆,是为了加工工件的螺旋轮廓,选用刀具半径补偿功能实现轮廓数控铣削加工时刀具的运动轨迹。第四,螺旋面形成的理论依据是从啮合原理出发,铣刀的表面和工件的表面是一对共轭曲面,圆柱铣刀回转面与工件的螺旋面在相对运动仟一瞬间,两个表面之间总有一条相切的接触线。接触线可以理解为由足够多的接触点拟合而成,每个接触点绕工件轴线做螺旋运动,得到的就是工件螺旋面中的每一条螺旋线,接触线螺旋运动就可以形成螺旋而。通过对啮合面的分析,建立数学模型,利用Matlab软件对其进行实验分析和处理。第五,加工过程中由于断电等异常情况的出现,需要在刀具停止位置对刀具重新定位,定位的精度直接影响螺杆的加工精度。由于刀具进刀和退刀会产生一个反向间隙,这个反向间隙就是影响刀具精确定位的关键,利用LabVIEW软件编写测量和补偿反向间隙的程序,实现刀具的精确定位。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究目的
• 1.1.3 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 双铣头数控螺杆铣床的硬件结构
• 2.1 双铣头数控螺杆铣床结构简介
• 2.2 工业控制计算机配置及运行环境
• 2.3 运动控制系统
• 2.3.1 运动控制卡的工作原理
• 2.3.2 运动控制卡的选型
• 2.3.3 运动控制卡连接
• 2.4 数控伺服系统
• 2.4.1 数控伺服系统的组成
• 2.4.2 伺服电机及驱动器的连接
• 2.5 本章小结
• 第三章 专用螺杆几何特征及其加工方法的分析
• 3.1 专用螺杆的功能简介
• 3.2 螺杆的几何参数
• 3.2.1 螺杆的主要参数
• 3.2.2 螺杆几何参数间的关系
• 3.3 螺杆几何设计及其加工方法的分析
• 3.3.1 螺杆的几何设计
• 3.3.2 螺杆加工方法的分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 刀具参数及其运动轨迹的分析和设计
• 4.1 铣刀参数及选用
• 4.1.1 铣刀的铣削要素
• 4.1.2 铣刀切削部分的几何参数
• 4.1.3 铣刀的选用
• 4.2 刀具数学模型
• 4.3 刀具运动轨迹的分析和设计
• 4.3.1 刀具运动轨迹的概念
• 4.3.2 轮廓数控加工的刀具运动轨迹及补偿方法
• 4.3.3 双铣头高效数控螺杆铣床刀具补偿的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 双铣头数控螺杆铣床螺旋面加工的实现
• 5.1 包络法的概述
• 5.1.1 螺杆包络法加工含义
• 5.1.2 螺杆包络加工实现方法
• 5.2 螺旋面加工原理及生成
• 5.2.1 矢量回转公式
• 5.2.2 螺旋面的形成
• 5.2.3 螺杆螺旋面的方程
• 5.3 圆柱铣刀刀刃与螺旋面的空间啮合
• 5.3.1 圆柱铣刀刀刃与螺旋面空间啮合时接触线条件的确定
• 5.3.2 圆柱铣刀刀刃与螺旋面空间啮合时接触线的求解
• 5.3.3 双铣头数控螺杆铣床加工工件螺旋面
• 5.4 螺杆螺旋面加工实现
• 5.4.1 接触线轮廓的拟合
• 5.4.2 螺旋面加工轨迹确定
• 5.5 本章小结
• 第六章 双铣头数控螺杆铣床刀具定位精度的研究和设计
• 6.1 数控铣床的基本对刀方法
• 6.1.1 数控铣床中的基本坐标系
• 6.1.2 常用对刀方法
• 6.2 双铣头数控螺杆铣床刀具定位精度的设计
• 6.2.1 控制对象分析
• 6.2.2 刀具反向间隙的概念和控制
• 6.2.3 刀具反向间隙的测定
• 6.2.4 刀具反向间隙的补偿
• 6.2.5 刀具重新定位
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 论文不足之处
• 3 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文
• 致谢